KR20120003385A - 반도체막의 제작 방법, 반도체 장치의 제작 방법, 및 광전 변환 장치의 제작 방법 - Google Patents

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테츠히로 다나카
에리카 가토
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은, 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성하는 방법을 제공한다. 또한, 전기 특성이 양호한 반도체 장치를 수율 높게 제작하는 방법을 제공한다.
플라즈마 CVD법에 의하여 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성하는 방법에 있어서, 파센의 법칙(Paschen's Law)에 있어서 최소 방전 개시 전압을 충족시키는 압력 및 전극 간격에 있어서 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가함으로써, 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성한다.

Description

반도체막의 제작 방법, 반도체 장치의 제작 방법, 및 광전 변환 장치의 제작 방법{MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR FILM, MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD OF PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE}
본 발명은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막의 제작 방법, 상기 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 사용한 반도체 장치 및 광전 변환 장치의 제작 방법, 및 표시 장치에 관한 것이다.
전계 효과 트랜지스터의 1종으로서, 절연 표면을 갖는 기판 위에 형성된 반도체막을 사용하여 채널 영역이 형성되는 박막 트랜지스터가 알려져 있다. 박막 트랜지스터의 채널 영역에 사용되는 반도체막에 비정질 실리콘, 미결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘을 사용하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조). 박막 트랜지스터의 대표적인 응용예로서는, 액정 텔레비전 장치이며, 표시 화면을 구성하는 각 화소의 스위칭 트랜지스터로서 실용화되고 있다.
또한, 플라즈마 CVD법에 의하여 제작할 수 있는 결정계 실리콘으로서, 미결정 실리콘을 광전 변환을 행하는 반도체막에 사용한 광전 변환 장치의 개발이 진행되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
역 스태거형의 박막 트랜지스터에 있어서는, 반도체막 및 배선의 사이에 불순물 반도체로 형성되는 오믹 접촉(ohmic contact) 영역을 갖는다. 또한, pin 접합형의 광전 변환 장치에 있어서는, p형을 부여하는 불순물 원소를 갖는 p형 반도체막 및 n형을 부여하는 불순물 원소를 갖는 n형 반도체막을 갖는다.
일본국 특개2010-87491호 공보 일본국 특개2000-277439호 공보
박막 트랜지스터나 광전 변환 장치에 있어서, 반도체막의 저항률이 낮은 경우, 오믹 접촉 영역, p형 반도체막, 또는 n형 반도체막의 저항률이 박막 트랜지스터 또는 광전 변환 장치의 전기 특성에 영향을 준다.
따라서, 저항률이 낮은 미결정 반도체를 오믹 접촉 영역, p형 반도체막 또는 n형 반도체막에 사용하면 좋다. 그러나, 미결정 반도체는 에칭 공정에 있어서, 미결정 반도체의 입계에 에천트가 침입(浸入)하여 수율이 저하된다.
한편, 오믹 접촉 영역, p형 반도체막, 또는 n형 반도체막으로서, 비정질 반도체막을 사용함으로써, 에칭 공정에 있어서의 수율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 비정질 반도체는, 미결정 반도체를 사용한 오믹 접촉 영역, p형 반도체막, 또는 n형 반도체막과 비교하면 저항률이 높다. 따라서, 비정질 반도체막의 저항률을 저감시키기 위하여 이온의 충격에 기인하는 대미지가 적은, 높은 압력 또는 낮은 전력의 조건으로 퇴적시키는 것이 바람직하지만, 방전 개시 전압보다 낮은 전압으로는 균일한 플라즈마를 유지할 수 없다.
그래서, 본 발명의 일 형태는 전기 특성이 양호한 반도체 장치를 수율 높게 제작하는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태는 플라즈마 CVD법에 의하여 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성하는 방법에 있어서, 파센의 법칙(Paschen's Law)에서 최소가 되는 방전 개시 전압을 충족시키는 압력 및 전격 간격에 있어서, 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가함으로써 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
방전 개시 전압을 전극에 인가함으로써 생기는 방전, 즉 연속 방전은 방전 상태가 불안정하다. 그러나, 펄스 변조된 전압을 전극에 인가하여 생기는 방전, 즉 펄스 방전을 행함으로써, 안정한 방전 상태를 얻을 수 있다. 또한, 펄스 방전에 있어서는, 펄스 주기당의 평균 전압이 낮고, 또한 전압을 인가하지 않는 기간이 있기 때문에, 피(被)퇴적 표면에 대한 이온의 충격에 기인하는 대미지를 저감시킬 수 있다. 따라서, 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체의 저항률을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 게이트 절연층을 개재하여 게이트 전극과 중첩하는 비정질 반도체 또는 미결정 반도체로 형성되는 반도체막 위에 상기 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체의 형성 방법을 사용하여 콘택트 영역을 형성하고, 상기 콘택트 영역에 접하는 배선을 형성하는 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 제작 방법이다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를, p형을 나타내는 반도체막, 또는 n형을 나타내는 반도체막 중의 하나 이상에 사용한 광전 변환 장치의 제작 방법이다.
본 발명의 일 형태는, 파센의 법칙에서 최소가 되는 방전 개시 전압을 충족시키는 압력 및 전극 간격에 있어서 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가함으로써, 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체를 형성할 수 있다. 또한, 전기 특성이 양호한 반도체 장치를 생산성 높게 제작할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체막의 제작 방법을 설명하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 장치의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 6a 내지 도 6e는 광전 변환 장치의 제작 방법의 일 형태를 설명하는 단면도.
도 7은 전자 서적의 일례를 도시하는 사시도.
도 8a 및 도 8b는 텔레비전 장치 및 디지털 포토 프레임의 예를 도시하는 사시도.
도 9a 및 도 9b는 전극 간격, 압력, 및 방전 개시 전력의 관계를 설명하는 도면.
도 10은 인을 갖는 비정질 실리콘막의 저항률을 설명하는 도면.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경시킬 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 도면을 사용하여 본 발명의 구성을 설명할 때, 같은 것을 가리키는 부호는 다른 도면간에서도 공통적으로 사용한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막의 제작 방법에 대해서 도 1a 및 도 1b를 사용하여 설명한다.
도 1a에 도시하는 곡선(91)은, 파센의 법칙을 나타내는 파센 곡선(Paschen curve)이다. 도 1a에 있어서, 가로축에 플라즈마 CVD 장치의 전극 간격 및 반응실 내의 압력의 곱을 나타내고, 세로축에 글로우 방전이 생기는 전압(이하, "방전 개시 전압"이라고 기재한다)을 나타낸다. 방전 개시 전압은, 수학식 1에서 나타내는 바와 같이, 전극 간격 및 압력의 관계로 나타내어지고, 반응실 내의 압력이 낮으면, 전극 간격을 넓게 함으로써 방전할 수 있고, 반응실 내의 압력이 높으면 전극 간격을 좁게 함으로써 방전할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
또한, p는 반응실 내의 압력, d는 전극 간격, γ는 2차 전자 방출 계수(전극 재료의 일함수에 의존한다), A 및 B는 가스의 종류에 의존하는 상수이다.
본 실시형태에서는, 최소 방전 개시 전압 Vs를 충족시키는 전극 간격 및 압력을 유지하는 반응실에 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체와, 불순물 원소를 갖는 기체를 원료 가스로서 공급한 후, 펄스 변조된 최소 방전 개시 전압을 전극에 인가하는 것을 특징으로 한다. 또한, 최소 방전 개시 전압 Vs란, 파센 곡선에 있어서, 방전 개시 전압의 극소(極小)값과, 상기 극소값의 오차(誤差)의 범위가 10%인 전압을 포함한다. 또한, 고주파 방전 또는 마이크로파 방전을 사용하는 경우는, 최소 방전 개시 전력을 전극에 공급하면 좋다. 방전 개시 전력은 전극간의 임피던스가 동일하다고 가정하면, 전극간에서의 전압의 제곱에 비례한다. 즉, 전력의 제곱근은 대략 인가 전압에 비례하는 것으로서 해석할 수 있다.
원료 가스인 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체의 대표적인 예로서는, SiH4, Si2H6 등이 있다. 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체의 대표예로서는, GeH4, Ge2H6, 등이 있다. 또한, 원료 가스인 불순물 원소를 갖는 기체는, n형의 비정질 반도체를 형성하는 경우는, 포스핀(수소 희석 또는 실란 희석)을 사용한다. 또한, p형의 비정질 반도체를 형성하는 경우는, 디보란(수소 희석 또는 실란 희석)을 사용한다. 또한, 원료 가스에 수소 및 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 등의 희가스 중의 하나를 추가하여도 좋다.
전극 간격 및 압력은 파센 곡선에 있어서 최소 방전 개시 전압이 되는 조건을 적절히 사용하는 것이 바람직하다. 전극 간격은, 대표적으로는 2mm 이상 20mm 이하이다. 또한, 압력은 대표적으로는 1.3Pa 이상 13332Pa 이하(0.01Torr 이상 100Torr 이하)이다.
여기서, 펄스 변조된 최소 방전 개시 전압에 대해서 도 1b를 사용하여 설명한다.
펄스 변조된 전압이란, 주기적으로 전극에 인가되는 전압이고, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 온(ON)의 기간(펄스 폭 t1)과 오프(OFF)의 기간(t2)이 교대로 반복된다. 여기서는, 펄스 폭 t1 및 오프의 기간 t2의 합을 펄스 주기 t라고 말한다. 또한, 펄스 주기 t에 있어서의 펄스 폭 t1을 듀티 비율이라고 말한다.
여기서는, 3MHz 내지 30MHz의 HF 대역, 대표적으로는, 13.56MHz, 27.12MHz의 HF 대역의 고주파의 전압, 30MHz보다 크고 300MHz 정도까지의 VHF 대역, 대표적으로는 60MHz의 VHF 대역의 고주파의 전압, 또는 1GHz 이상의 마이크로파의 고주파의 전압을 펄스 변조시켜 전극에 인가함으로써, 글로우 방전 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 때, 고주파의 전압을 1kHz 이상 12.5kHz 이하의 주파수로 펄스 변조시킨다.
또한, 펄스 폭 t1을 막을 퇴적시킬 수 있는 시간으로 하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 10μ초 이상 30μ초 이하, 바람직하게는 15μ초 이상 30μ초 이하가 바람직하다. 또한, 오프의 기간 t2는 전압을 오프로 하여도 글로우 방전을 유지할 수 있는 기간으로 하는 것이 바람직하고, 대표적으로는 70μ초 이상 990μ초 이하, 바람직하게는 70μ초 이상 490μ초 이하로 하는 것이 바람직하다.
피퇴적 표면에 대한 이온의 충격에 기인하는 대미지를 저감시키기 위하여 최소 방전 개시 전압을 연속적으로 전극에 인가하여 글로우 방전이 생기도록 하면, 방전 상태가 불안정해지고, 균일한 방전 상태를 얻을 수 없다. 한편, 최소 방전 개시 전압보다 높은 전압을 연속적으로 전극에 인가하여 글로우 방전이 생기도록 하면, 안정한 방전을 얻을 수 있지만, 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막의 저항률이 상승된다.
그래서, 본 실시형태에 나타내는 바와 같이, 파센 곡선에 있어서 방전 개시 전압이 최소 또는 그 최소 부근(최소 방전 개시 전압)의 값이 되는 반응실의 압력 및 전극 간격으로 하고, 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가하여 글로우 방전이 생기도록 한다. 결과적으로, 펄스 주기당의 평균 전압이 방전 개시 전압보다 낮기 때문에, 피퇴적 표면에 있어서의 이온의 충격에 기인하는 대미지를 저감하는 것과 함께, 균일한 방전을 얻을 수 있다. 피퇴적 표면에 있어서의 이온의 충격에 기인하는 대미지가 저감되면, 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막에 있어서 캐리어가 포획되는 결함이 저감되기 때문에, 저항률이 낮을 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 형성할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 반도체 장치에 형성되는 박막 트랜지스터의 제작 방법에 대해서 도 2a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다. 또한, 박막 트랜지스터는 p형보다 n형이 캐리어 이동도가 높다. 또한, 동일한 기판 위에 형성하는 박막 트랜지스터 모두를 동일한 극성으로 통일하면, 공정수를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 본 실시형태에서는, n형의 박막 트랜지스터의 제작 방법에 대해서 설명한다.
또한, 온 전류란, 박막 트랜지스터가 온 상태일 때 소스 전극과 드레인 전극 사이를 흐르는 전류를 말한다. 예를 들어, n형의 박막 트랜지스터인 경우에는, 게이트 전압이 트랜지스터의 임계값 전압보다도 높을 때에 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 흐르는 전류이다.
또한, 오프 전류란 박막 트랜지스터가 오프 상태일 때 소스 전극과 드레인 전극 사이를 흐르는 전류를 말한다. 예를 들어, n형의 박막 트랜지스터의 경우에는, 게이트 전압이 박막 트랜지스터의 임계값 전압보다도 낮을 때에 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 흐르는 전류이다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 기판(101) 위에 게이트 전극(103)을 형성한다. 다음에, 게이트 전극(103; 제 1 게이트 전극이라고도 한다)을 덮는 게이트 절연막(105)을 형성하고, 게이트 절연막(105) 위에 미결정 반도체막(109)을 형성한다.
기판(101)으로서는, 유리 기판, 세라믹 기판 외에, 본 제작 공정의 처리 온도에 견딜 수 있는 정도의 내열성을 갖는 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판이 투광성을 가질 필요가 없는 경우에는, 스테인리스 합금 등의 금속 기판 표면에 절연막을 형성한 기판을 사용하여도 좋다. 또한, 기판(101)의 크기는 한정되지 않고, 예를 들어, 플랫 패널 디스플레이의 분야에서 자주 사용되는 제 3 세대 내지 제 10 세대의 유리 기판을 사용할 수 있다.
게이트 전극(103)은, 몰리브덴, 티타늄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐, 니켈 등의 금속 재료 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 재료를 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 실리콘으로 대표되는 반도체, AgPdCu 합금, Al-Nd 합금, Al-Ni 합금 등을 사용하여도 좋다.
예를 들어, 게이트 전극(103)의 2층 적층 구조로서는, 알루미늄막 위에 몰리브덴막을 적층한 2층 적층 구조, 또는 구리막 위에 몰리브덴막을 적층한 2층 구조, 또는 구리막 위에 질화 티타늄막 또는 질화 탄탈막을 적층한 2층 구조, 질화 티타늄막과 몰리브덴막을 적층한 2층 구조, 산소를 포함하는 구리-마그네슘-합금막과 구리막을 적층한 2층 구조, 산소를 포함하는 구리-망간-합금막과 구리막을 적층한 2층 구조, 구리-망간-합금막과 구리막을 적층한 2층 구조 등으로 하는 것이 바람직하다. 3층 적층 구조로서는 텅스텐막 또는 질화 텅스텐막과, 알루미늄과 실리콘의 합금막 또는 알루미늄과 티타늄의 합금막과, 질화 티타늄막 또는 티타늄막을 적층한 3층 구조로 하는 것이 바람직하다. 전기적 저항이 낮은 막 위에 배리어막으로서 기능하는 금속막이 적층됨으로써, 전기적 저항을 낮게 할 수 있고, 또 금속막으로부터 반도체막으로 금속 원소가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
게이트 전극(103)은 기판(101) 위에 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용하여 상술한 재료로 도전막을 형성하고, 상기 도전막 위에 포토리소그래피법 또는 잉크젯법 등으로 마스크를 형성하고, 상기 마스크를 사용하여 도전막을 에칭함으로써 형성할 수 있다. 또한, 은, 금 또는 구리 등의 도전성 나노 페이스트를 잉크젯법에 의하여 기판 위에 토출하고, 소성함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 게이트 전극(103)과 기판(101)과의 밀착성을 향상시키기 위하여, 상기 금속 재료의 질화물막을 기판(101)과 게이트 전극(103) 사이에 형성하여도 좋다. 여기서는, 기판(101) 위에 도전막을 형성하고, 포토리소그래피 공정에 의하여 형성한 레지스트로 형성되는 마스크를 사용하여 상기 도전막을 에칭한다.
또한, 게이트 전극(103)의 측면은 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 이후의 공정으로 게이트 전극(103) 위에 형성되는 절연막, 반도체막 및 배선이 게이트 전극(103)의 단차(段差) 부분에서 절단되지 않도록 하기 위해서이다. 게이트 전극(103)의 측면을 테이퍼 형상으로 하기 위해서는, 레지스터로 형성되는 마스크를 후퇴시키면서 에칭하면 좋다.
또한, 게이트 전극(103)을 형성하는 공정으로 게이트 배선(주사선) 및 용량 배선도 동시에 형성할 수 있다. 또한, 주사선이란 화소를 선택하는 배선을 말하고, 용량 배선이란 화소의 유지 용량의 한쪽의 전극에 접속된 배선을 말한다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 게이트 배선 및 용량 배선 중 한쪽 또는 양쪽 모두와 게이트 전극(103)을 따로 형성하여도 좋다.
게이트 절연막(105)은, 산화실리콘막, 산화질화실리콘막, 질화실리콘막, 질화산화실리콘막, 산화알루미늄막, 질화알루미늄막, 산화질화알루미늄막, 또는 질화산화알루미늄막을 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다.
또한, 여기서는 산화질화실리콘이란, 그 조성으로서, 질소보다 산소의 함유량이 많은 것이며, 바람직하게는 러더퍼드 후방 산란법(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry) 및 수소 전방 산란법(HFS:Hydrogen Forward Scattering)을 사용하여 측정한 경우에, 조성 범위로서 산소가 50at.% 내지 70at.%, 질소가 0.5at.% 내지 15at.%, 실리콘이 25at.% 내지 35at.%, 수소가 0.1at.% 내지 10at.%의 범위로 포함되는 것을 말한다. 또한, 질화산화실리콘이란, 그 조성으로서, 산소보다도 질소의 함유량이 많은 것이며, 바람직하게는, RBS 및 HFS를 사용하여 측정한 경우에, 조성 범위로서 산소가 5at.% 내지 30at.%, 질소가 20at.% 내지 55at.%, 실리콘이 25at.% 내지 35at.%, 수소가 10at.% 내지 30at.%의 범위에서 포함되는 것을 말한다. 다만, 산화질화실리콘 또는 질화산화실리콘을 구성하는 원자의 합계를 100at.%로 하였을 때, 질소, 산소, 실리콘 및 수소의 함유 비율이 상술한 범위 내에 포함되는 것으로 한다. 또한, 게이트 절연막(105)을 산화실리콘 또는 산화질화실리콘 등의 산화절연막에 의해 형성함으로써, 박막 트랜지스터의 임계값 전압의 변동을 저감시킬 수 있다.
게이트 절연막(105)은 CVD법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법에 의한 게이트 절연막(105)의 형성 공정에서, 글로우 방전 플라즈마의 생성은 3MHz 내지 30MHz의 HF 대역, 대표적으로는 13.56MHz, 27.12MHz의 HF 대역의 고주파 전력, 또는 30MHz보다 크고 300MHz 정도까지의 VHF 대역의 고주파 전력을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 고주파수가 1GHz 이상인 마이크로파 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 게이트 절연막(105)을 형성하면, 게이트 전극과, 드레인 전극 및 소스 전극의 사이의 내압을 향상시킬 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 박막 트랜지스터를 얻을 수 있다.
또한, 게이트 절연막(105)으로서 유기 실란 가스를 사용한 CVD법으로 산화실리콘막을 형성함으로써, 이후 형성하는 반도체막의 결정성을 높일 수 있기 때문에, 박막 트랜지스터의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높일 수 있다. 유기 실란 가스로서는 테트라에톡시실란(TEOS: 화학식 Si(OC2H5)4), 테트라메틸실란(TMS: 화학식 Si(CH3)4), 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 트리에톡시실란(SiH(OC2H5)3), 트리스디메틸아미노실란(SiH(N(CH3)2)3) 등의 실리콘 함유 화합물을 사용할 수 있다.
미결정 반도체막(109)은, 미결정 반도체로 형성된다. 미결정 반도체란, 비정질과 결정 구조(단결정, 다결정을 포함한다)의 중간적인 구조의 반도체이다. 미결정 반도체는, 자유 에너지적으로 안정한 제 3 상태를 갖는 반도체이며, 단거리 질서와 격자 왜곡을 갖는 결정질인 반도체이며, 결정 입경이 2nm 이상 200nm 이하, 바람직하게는 10nm 이상 80nm 이하, 더 바람직하게는 20nm 이상 50nm 이하의 주상 또는 침 형상의 결정립이 기판 표면에 대하여 법선 방향으로 성장한다. 따라서, 주상 또는 침 형상의 결정립의 계면에는 결정립계가 형성되는 경우도 있다. 또한, 여기서 말하는 결정 입경이란 기판 표면에 대하여 평행한 면에서의 결정립의 최대 직경을 가리킨다.
미결정 반도체의 대표적인 예인 미결정 실리콘은, 그 라만 스펙트럼이 단결정 실리콘을 나타내는 520cm-1보다 저파수 측으로 시프트한다. 즉, 단결정 실리콘을 나타내는 520cm- 1와 비정질 실리콘을 나타내는 480cm-1 사이에 미결정 실리콘의 라만 스펙트럼의 피크가 있다. 또한, 미결합수(댕글링 본드)를 종단하기 위하여 수소 또는 할로겐을 적어도 1at.%, 또는 그 이상 포함한다. 또한, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 또는 크세논 등의 희가스 원소를 포함시켜 격자 왜곡을 한층 더 촉진시킴으로써, 안정성이 증가하여 양호한 미결정 반도체를 얻을 수 있다. 이러한 미결정 반도체에 관한 기재는, 예를 들어, 미국특허 4,409,134호에 개시되어 있다.
미결정 반도체막(109)은, 플라즈마 CVD 장치의 반응실 내에 있어서, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체와 수소를 혼합하여 글로우 방전 플라즈마에 의하여 형성한다. 또는, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체와, 수소와, 헬륨, 네온, 크립톤 등의 희가스를 혼합하여 글로우 방전 플라즈마에 의하여 형성한다. 여기서는, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체의 유량에 대한 수소의 유량을 10배 내지 2000배, 바람직하게는 10배 내지 200배로 하여 퇴적성 기체를 희석하는 조건으로 미결정 실리콘막을 형성한다. 또한, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체 대신에 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체를 사용하면, 미결정 게르마늄막을 형성할 수 있다. 또는, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체 및 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체를 사용하면, 미결정 실리콘 게르마늄막을 형성할 수 있다. 이 때, 퇴적 온도는 150℃ 내지 300℃로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150℃ 내지 280℃로 한다. 또한, 반응실 내의 압력, 상부 전극 및 하부 전극의 간격은 플라즈마가 발생할 수 있는 간격으로 하면 좋다.
미결정 반도체막(109)의 원료 가스로서, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 등의 희가스를 사용함으로써, 미결정 반도체막(109)의 성막 속도가 빨라진다. 또한, 성막 속도가 빨라짐으로써 미결정 반도체막(109)에 혼입되는 불순물량이 저감되기 때문에, 미결정 반도체막(109)의 결정성을 높일 수 있다.
미결정 반도체막(109)을 형성할 때의 글로우 방전 플라즈마의 생성은, 게이트 절연막(105)과 마찬가지로 행할 수 있다.
또한, 미결정 반도체막(109)을 형성하기 전에, CVD 장치의 반응실 내의 기체를 배기하면서 반응실 내에 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체를 도입하여 반응실 내의 불순물 원소를 제거함으로써, 미결정 반도체막(109)에 있어서의 불순물량을 저감시킬 수 있다. 또한, 미결정 반도체막(109)을 형성하기 전에, 불소, 불화질소, 불화실란 등의 불소를 포함하는 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 게이트 절연막(105)을 불소 플라즈마에 노출시켜도 좋다.
또한, 게이트 절연막(105)을 질화실리콘막으로 형성하면, 미결정 반도체막(109)의 퇴적 초기 단계에 있어서, 비정질 실리콘이 형성되기 쉽고, 미결정 반도체막(109)의 결정성이 낮아진다. 따라서, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체의 희석율이 높은 조건, 또는 퇴적 온도를 150℃ 내지 250℃로 하는 저온 조건으로 미결정 반도체막(109)을 형성하는 것이 바람직하다. 대표적으로는, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체의 유량에 대하여 수소의 유량을 200배 내지 2000배, 바람직하게는 250배 내지 400배로 하는 고희석률 조건이 바람직하다. 또한, 미결정 반도체막(109)의 퇴적 온도를 200℃ 내지 250℃로 하는 저온 조건이 바람직하다. 고희석률 조건 또는 저온 조건에 의하여 초기 핵 발생 밀도가 높아져, 게이트 절연막(105) 위에 비정질 실리콘이 형성되기 어렵고, 미결정 반도체막(109)의 결정성이 향상된다. 또한, 질화실리콘막으로 형성한 게이트 절연막(105)의 표면을 산화 처리함으로써, 미결정 반도체막(109)의 밀착성이 향상된다. 산화 처리로서는, 산화 기체의 폭로, 산화 기체 분위기에서의 플라즈마 처리 등이 있다. 산화 기체로서는, 산소, 오존, 일산화이질소, 수증기, 산소 및 수소의 혼합 기체 등이 있다.
또한, 미결정 반도체막(109)의 결정성을 높이기 위하여 상이한 조건을 사용하여 단계적으로 미결정 반도체막(109)을 형성하여도 좋다. 대표적으로는, 결정립의 입자 밀도가 낮고, 또 결정립의 결정성이 높아지는 제 1 조건으로 종결정(種結晶)을 형성한 후, 상기 종결정의 틈을 메우는 제 2 조건으로 미결정 반도체막을 형성한다. 상술한 제 1 조건의 일례는, 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체의 유량에 대한 수소의 유량을 50배 이상 1000배 이하로 하여 퇴적성 기체를 희석하고, 또 반응실 내의 압력을 67Pa 이상 1333Pa 이하(0.5Torr 이상 10Torr 이하)로 하는 조건이다. 또한, 제 2 조건의 일례는 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체의 유량에 대한 수소의 유량을 100배 이상 2000배 이하로 하여 퇴적성 기체를 희석하고, 또 처리실 내의 압력을 1333Pa 이상 13332Pa 이하로 하는 조건이다. 또한, 상기 제 1 조건 또는 제 2 조건에 있어서, 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체의 유량 또는 수소의 유량을 주기적으로 증감시켜도 좋다.
다음에, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 미결정 반도체막(109) 위에 반도체막(111)을 형성한다. 반도체막(111)은, 미결정 반도체 영역(111a) 및 비정질 반도체 영역(111b)으로 구성된다. 다음에, 반도체막(111) 위에 불순물 반도체막(113)을 형성한다. 다음에, 불순물 반도체막(113) 위에 레지스트로 형성되는 마스크(115)를 형성한다.
미결정 반도체막(109)을 종결정으로 하여 부분적으로 결정 성장시키는 조건(결정 성장을 저감시키는 조건)으로, 미결정 반도체 영역(111a) 및 비정질 반도체 영역(111b)을 갖는 반도체막(111)을 형성할 수 있다.
반도체막(111)은, 플라즈마 CVD 장치의 반응실 내에서 실리콘 또는 게르마늄을 함유한 퇴적성 기체와 수소와 질소를 포함하는 기체를 혼합시켜 글로우 방전 플라즈마에 의하여 형성한다. 질소를 포함하는 기체로서는, 암모니아, 질소, 불화 질소, 염화 질소, 클로로아민, 플루오르아민 등이 있다. 글로우 방전 플라즈마의 생성은 미결정 반도체막(109)과 마찬가지로 할 수 있다.
이 때, 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 퇴적성 기체와 수소의 유량비는 미결정 반도체막(109)과 마찬가지로 미결정 반도체막을 형성하는 유량비를 사용하고, 또한, 원료 가스에 질소를 포함하는 기체를 사용하는 조건으로 함으로써, 미결정 반도체막(109)의 퇴적 조건보다 결정 성장을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 반도체막(111)의 퇴적 초기의 단계에서는, 원료 가스에 질소를 함유하는 기체가 포함되기 때문에, 부분적으로 결정 성장이 억제되고, 뿔 형상의 미결정 반도체 영역이 성장함과 함께 비정질 반도체 영역이 형성된다. 또한, 퇴적 중기 단계 또는 후기 단계에서는 뿔 형상의 미결정 반도체 영역의 결정 성장이 정지되고, 비정질 반도체 영역만 퇴적된다. 결과적으로, 반도체막(111)에 있어서, 미결정 반도체 영역(111a), 및 결함이 적고 가전자 대역의 밴드 에지(edge)에서의 준위의 테일(아래쪽 부분)의 기울기가 급준한 질서성이 높은 반도체막으로 형성되는 비정질 반도체 영역(111b)을 형성할 수 있다.
여기서는, 반도체막(111)을 형성하는 조건의 대표적인 예는, 실리콘 또는 게르마늄을 함유하는 퇴적성 기체의 유량에 대한 수소의 유량이 10배 내지 2000배, 바람직하게는 10배 내지 200배이다. 또한, 일반적인 비정질 반도체막을 형성하는 조건의 대표적인 예는, 실리콘 또는 게르마늄을 함유하는 퇴적성 기체의 유량에 대한 수소의 유량은 0배 내지 5배이다.
또한, 반도체막(111)의 원료 가스에 헬륨, 아르곤, 네온, 크세논, 또는 크립톤 등의 희가스를 도입함으로써 성막 속도를 높일 수 있다.
반도체막(111)의 두께는 두께 50nm 내지 350nm로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 120nm 내지 250nm로 한다.
여기서, 도 2b에 도시하는 게이트 절연막(105)과 불순물 반도체막(113)의 사이의 확대도를 도 3a 및 도 3b에 도시한다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 반도체막(111)의 미결정 반도체 영역(111a)은 요철(凹凸) 형상이고, 볼록부는 게이트 절연막(105)으로부터 비정질 반도체 영역(111b)으로 향하여 선단이 좁아지는(볼록부의 선단이 예각인) 볼록 형상(뿔 형상)이다. 또한, 미결정 반도체 영역(111a)의 형상은 게이트 절연막(105)으로부터 비정질 반도체 영역(111b)으로 향하여 폭이 넓어지는 볼록 형상(역(逆) 뿔 형상)이라도 좋다.
미결정 반도체막(109) 및 미결정 반도체 영역(111a)의 두께, 즉, 게이트 절연막(105)과의 계면으로부터 미결정 반도체 영역(111a)의 돌기(볼록부)의 선단까지의 거리를 5nm 이상 310nm 이하로 함으로써, 박막 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
또한, 반도체막(111)에 포함되는 산소의 2차 이온 질량 분석법으로 계측되는 농도를 1×1018atoms/cm3 미만으로 함으로써, 미결정 반도체 영역(111a)의 결정성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 2차 이온 질량 분석법에 의하여 계측되는 반도체막(111)의 질소 농도 프로파일의 피크 농도는, 1×1020atoms/cm3 이상 1×1021atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1020atoms/cm3 이상 1×1021atoms/cm3 이하이다.
비정질 반도체 영역(111b)은 질소를 갖는 비정질 반도체로 형성된다. 질소를 갖는 비정질 반도체에 포함되는 질소는 예를 들어, NH기 또는 NH2기로서 존재하여도 좋다. 비정질 반도체로서는 비정질 실리콘을 사용하여 형성한다.
질소를 함유하는 비정질 반도체는 종래의 비정질 반도체와 비교하여, CPM(Constant Photocurrent Method)이나 포토루미네선스 분광 측정으로 측정되는 Urbach edge의 에너지가 작고, 결함 흡수 스펙트럼량이 적은 반도체이다. 즉, 질소를 함유하는 비정질 반도체는 종래의 비정질 반도체와 비교하여, 결함이 적고, 가전자 대역의 밴드 에지에서의 준위의 테일(아래쪽 부분)의 기울기가 급준한 질서성이 높은 반도체이다. 질소를 포함하는 비정질 반도체는, 가전자 대역의 밴드 에지에서의 준위의 테일(아래쪽 부분)의 기울기가 급준하기 때문에, 밴드 갭이 넓어져, 터널 전류가 흐르기 어렵다. 따라서, 질소를 함유하는 비정질 반도체를 미결정 반도체 영역(111a) 및 불순물 반도체막(113) 사이에 형성함으로써, 박막 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다. 또한, 질소를 함유하는 비정질 반도체를 형성함으로써, 온 전류와 전계 효과 이동도를 높일 수 있다.
또한, 질소를 포함하는 비정질 반도체는 저온 포토루미네선스 분광에 의한 스펙트럼의 피크 영역이 1.31eV 이상 1.39eV 이하이다. 또한, 미결정 반도체, 대표적으로는, 미결정 실리콘을 저온 포토루미네선스 분광에 의하여 측정한 스펙트럼의 피크 영역은 0.98eV 이상 1.02eV 이하이고, 질소를 포함하는 비정질 반도체는 미결정 반도체와 상이한 것이다.
또한, 비정질 반도체 영역(111b) 외에, 미결정 반도체 영역(111a)에도 NH기 또는 NH2기를 가져도 좋다.
또한, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 비정질 반도체 영역(111b)에 입경이 1nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 5nm 이하인 반도체 결정립(111c)을 함유시킴으로써, 온 전류와 전계 효과 이동도를 더 높일 수 있다.
게이트 절연막(105)으로부터 비정질 반도체 영역(111b)으로 향하여 선단이 좁아지는 볼록 형상(뿔 형상)의 미결정 반도체 또는 폭이 넓어지는 볼록 형상(역 뿔 형상)의 미결정 반도체는, 미결정 반도체가 퇴적되는 조건으로 미결정 반도체막을 형성한 후, 부분적으로 결정 성장시키는 조건으로 결정 성장시킴과 함께 비정질 반도체를 퇴적함으로써 이러한 구조가 된다.
반도체막(111)의 미결정 반도체 영역(111a)은 뿔 형상 또는 역 뿔 형상이기 때문에, 온 상태에서 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 전압이 인가되었을 때의 종(縱) 방향(막 두께 방향)에서의 저항, 즉 반도체막(111)의 저항을 낮출 수 있다. 또한, 미결정 반도체 영역(111a)과 불순물 반도체막(113) 사이에 결함이 적고, 가전자 대역의 밴드 에지에서의 준위의 테일(아래쪽 부분)의 기울기가 급준한 질서성이 높은, 질소를 함유하는 비정질 반도체를 갖기 때문에, 터널 전류가 흐르기 어려워진다. 상술한 바와 같이 하여, 본 실시형태에 제시하는 박막 트랜지스터는 온 전류 및 전계 효과 이동도를 높임과 함께 오프 전류를 저감할 수 있다.
여기서는, 반도체막(111)의 원료 가스에 질소를 함유하는 기체를 포함시켜, 미결정 반도체 영역(111a) 및 비정질 반도체 영역(111b)을 갖는 반도체막(111)을 형성하였지만, 반도체막(111)의 다른 형성 방법으로서 미결정 반도체막(109)의 표면을 질소를 함유하는 기체에 노출시켜, 미결정 반도체막(109)의 표면에 질소를 흡착시킨 후, 실리콘 또는 게르마늄을 함유하는 퇴적성 기체 및 수소를 원료 가스로서 미결정 반도체 영역(111a) 및 비정질 반도체 영역(111b)을 갖는 반도체막(111)을 형성할 수 있다.
불순물 반도체막(113)은, 인이 첨가된 비정질 반도체로 형성한다. 또한, 박막 트랜지스터로서, p형의 박막 트랜지스터를 형성하는 경우는, 불순물 반도체막(113)은, 붕소가 첨가된 비정질 반도체 등으로 형성한다.
불순물 반도체막(113)은, 실시형태 1에 나타내는 바와 같이, 최소 방전 개시 전압을 충족시키는 전극 간격 및 압력을 유지하는 반응실에, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체와, 수소와, 포스핀(수소 희석 또는 실란 희석)을 원료 가스로서 공급한 후, 펄스 변조된 최소 방전 개시 전압을 전극에 인가하여 형성한다. 또한, p형의 박막 트랜지스터를 제작하는 경우는, 불순물 반도체막(113)의 원료 가스로서, 포스핀 대신에 디보란을 사용하면 좋다.
레지스트로 형성되는 마스크(115)는 포토리소그래피 공정으로 형성할 수 있다.
다음에, 레지스트로 형성되는 마스크(115)를 사용하여 미결정 반도체막(109), 반도체막(111), 및 불순물 반도체막(113)을 에칭한다. 이 공정에 의하여 미결정 반도체막(109), 반도체막(111), 및 불순물 반도체막(113)을 소자마다 분리하여 섬 형상의 반도체 적층체(117), 및 섬 형상의 불순물 반도체막(121)을 형성한다. 또한, 반도체 적층체(117)는, 미결정 반도체막(109), 및 반도체막(111) 각각의 일부이며, 미결정 반도체막(109), 및 반도체막(111)의 미결정 반도체 영역 각각 일부를 포함하는 미결정 반도체 영역(117a)과, 반도체막(111)의 비정질 반도체 영역의 일부를 포함하는 비정질 반도체 영역(117b)을 갖는다. 이 후, 레지스트로 형성되는 마스크(115)를 제거한다(도 2c 참조).
또한, 도 2c의 공정 후, 반도체 적층체(117)의 측면을 플라즈마에 노출시키는 플라즈마 처리를 행하여도 좋다. 여기서는, 산화 가스 또는 질화 가스 분위기에서 플라즈마를 발생시켜, 반도체 적층체(117)를 플라즈마에 노출시켜도 좋다. 산화 가스로서는 산소, 오존, 일산화이질소, 수증기, 산소 및 수소의 혼합 기체 등이 있다. 또한, 질화 가스로서는 질소, 암모니아, 불화 질소, 염화질소, 클로로아민, 플루오르아민 등이 있다. 산화 가스 또는 질화 가스 분위기에서 플라즈마를 발생시킴으로써, 산소 라디칼 또는 질소 라디칼이 발생한다. 상기 라디칼은 반도체 적층체(117)와 반응하여, 반도체 적층체(117) 측면에 장벽 영역인 절연 영역을 형성할 수 있다. 상기 플라즈마 처리에 의하여 반도체 적층체(117)의 측면과 함께, 노출된 불순물 반도체막(121)이 산화하여 반도체 적층체(117)의 측면 및 불순물 반도체막(121)의 측면 및 상면의 일부에도 장벽 영역인 절연 영역이 형성된다.
반도체 적층체(133) 및 이후 형성하는 배선(129a) 및 배선(129b) 사이에 장벽 영역인 절연 영역을 형성함으로써, 배선(129a) 및 배선(129b)으로부터 반도체 적층체(133)에 홀이 주입되는 것을 억제할 수 있고, 오프 전류가 낮고, 전계 효과 이동도 및 온 전류가 높은 박막 트랜지스터가 되기 때문에 바람직하다.
다음에, 불순물 반도체막(121) 위에 도전막(127)을 형성한다(도 4a 참조). 도전막(127)은 알루미늄, 구리, 티타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브덴, 크롬, 탄탈 또는 텅스텐 등을 사용하여 단층 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 또는, 힐록(hillock) 방지 원소가 첨가된 알루미늄 합금(게이트 전극(103)에 사용할 수 있는 Al-Nd 합금 등)으로 형성하여도 좋다. 도너가 되는 불순물 원소를 첨가한 결정성 실리콘을 사용하여도 좋다. 도너가 되는 불순물 원소를 첨가된 결정성 실리콘과 접하는 측의 막을 티타늄, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들 원소의 질화물로 형성하고, 그 위에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 형성한 적층 구조로 하여도 좋다. 또한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 상면 및 하면을, 티타늄, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 이들 원소의 질화물로 끼운 적층 구조로 하여도 좋다. 도전막(127)은 CVD법, 스퍼터링법 또는 진공 증착법을 사용하여 형성한다. 또한, 도전막(127)은 은, 금 또는 구리 등의 도전성 나노 페이스트를 사용하여, 스크린 인쇄법 또는 잉크젯법 등을 사용하여 토출하고 소성함으로써 형성하여도 좋다.
다음에, 포토리소그래피 공정에 의하여 레지스트로 형성되는 마스크를 형성하고, 상기 레지스트로 형성되는 마스크를 사용하여 도전막(127)을 에칭하여, 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 배선(129a) 및 배선(129b)을 형성한다(도 4b 참조). 도전막(127)의 에칭은 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 사용할 수 있다. 또한, 배선(129a) 및 배선(129b)의 한쪽은 소스 전극 또는 드레인 전극뿐만 아니라 신호선으로서도 기능한다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 신호선과 소스 전극 및 드레인 전극과 따로 형성하여도 좋다.
다음에, 불순물 반도체층(121) 및 반도체 적층체(117)의 일부를 에칭하여 오믹 접촉 영역으로서 기능하는 한 쌍의 불순물 반도체막(131a), 불순물 반도체막(131b)을 형성한다. 또한, 미결정 반도체 영역(133a) 및 한 쌍의 비정질 반도체 영역(133b)을 갖는 반도체 적층체(133)를 형성한다. 이 때, 미결정 반도체 영역(133a)이 노출되도록 반도체 적층체(117)를 에칭함으로써, 배선(129a) 및 배선(129b)으로 덮인 영역에서는 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b)이 적층되고, 배선(129a) 및 배선(129b)으로 덮이지 않고, 또 게이트 전극과 겹치는 영역에서는 미결정 반도체 영역(133a)이 노출되는 반도체 적층체(133)가 된다.
여기서는, 배선(129a) 및 배선(129b)의 단부와, 불순물 반도체막(131a) 및 불순물 반도체막(131b)의 단부가 일치되지만, 배선(129a) 및 배선(129b)의 단부와, 불순물 반도체막(131a) 및 불순물 반도체막(131b)의 단부가 벗어나고, 단면에 있어서 배선(129a) 및 배선(129b)의 단부가 불순물 반도체막(131a) 및 불순물 반도체막(131b)의 단부보다 내측에 위치되어도 좋다.
다음에, 드라이 에칭을 행하여도 좋다. 드라이 에칭의 조건은 노출되는 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b)에 대미지를 주지 않고, 또 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b)에 대한 에칭 레이트가 낮은 조건을 사용한다. 에칭 가스로서는, 대표적으로는 Cl2, CF4, 또는 N2 등을 사용한다. 또한, 에칭 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 방식, 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 방식, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance) 방식, 반응성 이온 에칭(RIE: Reactive Ion Etching) 방식 등을 사용할 수 있다.
다음에, 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b) 표면에 플라즈마 처리, 대표적으로는 물 플라즈마 처리, 산소 플라즈마 처리, 암모니아 플라즈마 처리, 질소 플라즈마 처리, 산소 및 수소의 혼합 가스에 의한 플라즈마 처리 등을 행한다.
물 플라즈마 처리는, 수증기(H2O 증기)로 대표되는 물을 주성분으로 하는 가스를 반응 공간에 도입하고, 플라즈마를 생성하여 행할 수 있다. 이 후, 레지스트로 형성되는 마스크를 제거한다. 또한, 상기 레지스트로 형성되는 마스크의 제거는 불순물 반도체막(121) 및 반도체 적층체(117)를 드라이 에칭을 행하기 전에 행하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b)을 형성한 후에, 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b)에 대미지를 주지 않는 조건으로 드라이 에칭을 더 행함으로써, 노출된 미결정 반도체 영역(133a) 및 비정질 반도체 영역(133b) 위에 존재하는 잔사(殘渣) 등의 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 드라이 에칭에 이어서 물 플라즈마 처리를 행함으로써, 레지스트로 형성되는 마스크의 잔사를 제거함과 함께 미결정 반도체 영역(133a)의 결함을 저감할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리를 행함으로써, 소스 영역과 드레인 영역 사이의 절연을 확실하게 할 수 있어 완성되는 박막 트랜지스터의 오프 전류를 저감하고, 전기적 특성의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 포토리소그래피 공정에 의하여 레지스트로 형성되는 마스크를 도전막(127) 위에 형성하고, 상기 레지스트로 형성되는 마스크를 사용하여 도전막(127)을 에칭하여, 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 배선(129a) 및 배선(129b)을 형성한다. 다음에, 불순물 반도체막(121)을 에칭하여 오믹 접촉 영역으로서 기능하는 한 쌍의 불순물 반도체막(131a) 및 불순물 반도체막(131b)을 형성한다. 이 때, 반도체 적층체(117)의 일부가 에칭되는 경우도 있다. 다음에, 레지스트로 형성되는 마스크를 제거한 후, 반도체 적층체(117)의 일부를 에칭하여 미결정 반도체 영역(133a) 및 한 쌍의 비정질 반도체 영역(133b)을 갖는 반도체 적층체(133)를 형성하여도 좋다.
결과적으로, 레지스트로 형성되는 마스크를 제거하는 공정에서 미결정 반도체 영역(117a)이 비정질 반도체 영역(117b)으로 덮이기 때문에, 미결정 반도체 영역(117a)이 박리 액 및 레지스트의 잔사물에 접촉하는 일이 없다. 또한, 레지스트로 형성되는 마스크를 제거한 후, 배선(129a) 및 배선(129b)을 마스크로서 사용하여 비정질 반도체 영역(117b)을 에칭함으로써 미결정 반도체 영역(133a)을 노출시킨다. 따라서, 박리 액 및 레지스트의 잔사물에 접촉한 비정질 반도체 영역은 백 채널에는 잔존하지 않는다. 결과적으로, 백 채널에 잔존한 박리 액 및 레지스트의 잔사물로 인한 리크 전류가 발생되지 않기 때문에, 박막 트랜지스터의 오프 전류를 더 저감할 수 있다.
상술한 공정에 의하여 싱글 게이트형의 박막 트랜지스터를 제작할 수 있다. 또한, 오프 전류가 낮고, 온 전류 및 전계 효과 이동도가 높은 싱글 게이트형 박막 트랜지스터를 생산성 높게 제작할 수 있다.
다음에, 반도체 적층체(133) 및 배선(129a) 및 배선(129b) 위에 절연막(137; 제 2 게이트 절연막이라고도 한다)을 형성한다. 절연막(137)은, 게이트 절연막(105)과 마찬가지로 형성할 수 있다.
다음에, 포토리소그래피 공정으로 형성한 레지스트로 형성되는 마스크를 사용하여 절연막(137)에 개구부(도시하지 않는다)를 형성한다. 다음에, 절연막(137) 위에 백 게이트 전극(139; 제 2 게이트 전극이라고도 한다)을 형성한다(도 4c 참조). 상술한 공정에 의하여, 듀얼 게이트형 박막 트랜지스터를 제작할 수 있다.
백 게이트 전극(139)은 배선(129a) 및 배선(129b)과 마찬가지로 형성할 수 있다. 또한, 백 게이트 전극(139)은 산화 텅스텐을 함유하는 인듐산화물, 산화텅스텐을 함유하는 인듐아연산화물, 산화티타늄을 함유하는 인듐산화물, 산화티타늄을 함유하는 인듐주석산화물, 인듐주석산화물, 인듐아연산화물, 또는 산화실리콘을 첨가한 인듐주석산화물 등의 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 백 게이트 전극(139)은 투광성을 갖는 도전성 고분자(도전성 폴리머라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 백 게이트 전극(139)은 시트 저항이 10000Ω/sq. 이하이며, 또 파장 550nm에서의 투광률이 70% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 도전성 조성물에 포함되는 도전성 고분자의 저항률이 0.1Ω·cm 이하인 것이 바람직하다.
도전성 고분자로서는, 소위 π전자 공액계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤 및 티오펜의 2종 이상의 공중합체 또는 그 유도체 등을 들 수 있다.
백 게이트 전극(139)은 스퍼터링법에 의하여 상기 재료의 어느 것을 사용한 박막을 형성한 후, 포토리소그래피 공정에 의하여 형성한 레지스트로 형성되는 마스크를 사용하여 상기 박막을 에칭함으로써 형성할 수 있다. 또한, 투광성을 갖는 도전성 고분자를 포함하는 도전성 조성물을 도포 또는 인쇄한 후, 소성하여 형성할 수 있다.
백 게이트 전극(139)은 게이트 전극(103)과 평행하게 형성할 수 있다. 이 경우에는 백 게이트 전극(139)에 인가하는 전위와 게이트 전극(103)에 인가하는 전위를 각각 임의로 제어할 수 있다. 이로써, 박막 트랜지스터의 임계값 전압을 제어할 수 있다.
또는, 백 게이트 전극(139)은 게이트 전극(103)에 접속시킬 수 있다. 이 경우에는, 백 게이트 전극(139)에 인가되는 전위와 게이트 전극(103)에 인가되는 전위는 동일하다. 결과적으로, 반도체막에서 캐리어가 흐르는 영역, 즉 채널 영역이 미결정 반도체 영역의 게이트 절연막(105) 측, 및 절연막(137) 측에 형성되기 때문에, 박막 트랜지스터의 온 전류를 높일 수 있다.
또한, 백 게이트 전극(139)은, 게이트 전극(103)과 접속되지 않고 플로팅(floating) 상태라도 좋다. 백 게이트 전극(139)에 전위를 인가하지 않고서도 채널 영역이 미결정 반도체 영역의 게이트 절연막(105) 측, 및 절연막(137) 측에 형성되기 때문에, 박막 트랜지스터의 온 전류를 높일 수 있다.
또한, 백 게이트 전극(139)은 절연막(137)을 개재하여 배선(129a) 및 배선(129b)과 중첩하여도 좋다.
본 실시형태에 나타내는 싱글 게이트형 박막 트랜지스터 및 듀얼 게이트형 박막 트랜지스터에는, 오믹 접촉 영역으로서 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 형성할 수 있다. 이로써, 박막 트랜지스터의 온 전류 및 전계 효과 이동도를 상승시킬 수 있다. 결과적으로, 싱글 게이트형의 박막 트랜지스터 및 듀얼 게이트형 박막 트랜지스터의 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 반도체 장치로의 고집적화가 가능하다. 또한, 표시 장치의 구동 회로에 본 실시형태에 나타내는 박막 트랜지스터를 사용함으로써, 구동 회로의 면적을 저감할 수 있기 때문에, 표시 장치의 프레임을 좁게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 미결정 반도체막 및 오믹 접촉 영역의 사이에 반도체층을 형성하지만, 상기 반도체층을 형성하지 않고, 미결정 반도체막에 접하는 오믹 접촉 영역을 갖는 박막 트랜지스터를 형성하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 반도체 장치에 형성되는 박막 트랜지스터의 제작 방법에 대해서 도 2a 내지 도 2c, 도 4a 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 4b에 도시하는 공정에 대응하는 공정이다.
실시형태 2와 마찬가지로, 도 2a 내지 도 2c 및 도 4a의 공정을 거쳐 도전막(127)을 형성한다.
다음에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 실시형태 2와 마찬가지로 배선(129a) 및 배선(129b)을 형성하고, 불순물 반도체막(121) 및 반도체 적층체(117)의 일부를 에칭하여 오믹 접촉 영역으로서 기능하는 한 쌍의 불순물 반도체막(131a) 및 불순물 반도체막(131b)을 형성한다. 또한, 미결정 반도체 영역(143a) 및 비정질 반도체 영역(143b)을 갖는 반도체 적층체(143)를 형성한다. 이 때, 비정질 반도체 영역(143b)이 노출되도록 반도체 적층체(117)를 에칭함으로써 배선(129a) 및 배선(129b)으로 덮이는 영역에서는, 미결정 반도체 영역(143a) 및 비정질 반도체 영역(143b)이 적층되어 배선(129a) 및 배선(129b)으로 덮이지 않고, 또 게이트 전극과 중첩하는 영역에 있어서는, 미결정 반도체 영역(143a)이 노출되지 않고, 비정질 반도체 영역(143b)이 노출되는 반도체 적층체(143)가 된다. 또한, 여기서의 반도체 적층체(117)의 에칭량은, 도 4b에 도시하는 에칭량보다 적다.
이후의 공정은 실시형태 2와 마찬가지다.
상술한 공정에 의하여 싱글 게이트형 박막 트랜지스터를 제작할 수 있다. 이 박막 트랜지스터는, 백 채널 측이 비정질이기 때문에, 도 4b에 도시하는 박막 트랜지스터와 비교하여 오프 전류를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 5에 도시하는 공정 후에, 도 4c에 도시하는 공정과 마찬가지로 절연막(137) 위에 백 게이트 전극(139)을 형성하여도 좋다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
박막 트랜지스터를 제작하여, 상기 박막 트랜지스터를 화소부, 또한 구동 회로에 사용하여 표시 기능을 갖는 반도체 장치(표시 장치라고도 한다)를 제작할 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터를 사용한 구동 회로의 일부 또는 전체를, 화소부와 같은 기판 위에 일체로 형성하고, 시스템 온 패널을 형성할 수 있다.
표시 장치는 표시 소자를 포함한다. 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 한다), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 한다)를 사용할 수 있다. 발광 소자는 전류 또는 전압에 의하여 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하고, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등이 포함된다. 또한, 전자 잉크 등, 전기적 작용에 의하여 콘트라스트가 변화되는 표시 매체도 적용할 수 있다.
또한, 표시 장치는 표시 소자가 밀봉된 상태인 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장한 상태인 모듈을 포함한다. 또한, 상기 표시 장치를 제작하는 과정에 있어서의, 표시 소자가 완성되기 전의 일 형태에 상당하는 소자 기판에 관하여, 상기 소자 기판은, 전류를 표시 소자에 공급하기 위한 수단을 복수의 각 화소에 구비한다. 소자 기판은, 구체적으로는 표시 소자의 화소 전극만이 형성된 상태라도 좋고, 화소 전극이 되는 도전막을 형성한 후에 에칭하여 화소 전극을 형성하기 전의 상태라도 좋고, 다양한 형태가 적합하다.
또한, 본 명세서 중에서의 표시 장치란, 화상 표시 디바이스, 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함한다)을 가리킨다. 또한, 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프, 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 설치된 모듈, 또는 표시 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 반도체 장치의 일 형태인 광전 변환 장치에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 나타내는 바와 같은 광전 변환 장치에서는, 도전형을 나타내는 반도체막에 실시형태 1에 나타내는 바와 같은 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 채용한다.
상술한 바와 같은 구성을 채용함으로써, 도전형을 나타내는 반도체막으로 인하여 생기는 저항(직렬 저항)을 저감시키고, 특성을 향상시킬 수 있다. 이하, 도 6a 내지 도 6e를 사용하여 광전 변환 장치의 제작 방법의 일 형태에 대해서 설명한다.
도 6a에 도시하는 바와 같이, 기판(200) 위에 제 1 전극(202)을 형성한다.
기판(200)으로서는, 실시형태 1에 나타내는 기판(101)을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 플라스틱 기판을 사용할 수도 있다. 플라스틱 기판으로서는, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 트리아진 수지, 시아네이트 수지 등의 열 경화성 수지를 포함하는 기판이나, 폴리페닐렌옥사이드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 불소 수지 등의 열 가소성 수지를 포함하는 기판을 사용하면 좋다.
또한, 기판(200)은, 텍스처(texture) 구조라도 좋다. 이로써, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 광이 기판(200)의 이면 측(도면의 아래 쪽)으로부터 입사하는 구성으로 하기 때문에, 투광성을 갖는 기판을 채용하지만, 이후 형성되는 제 2 전극(210) 측(도면의 위 쪽)으로부터 광이 입사하는 구성으로 하는 경우에는, 이것에 한정되지 않는다. 이 경우, 실리콘 등의 재료를 포함하는 반도체 기판이나 금속 재료 등을 포함하는 도전성 기판을 사용하여도 좋다.
제 1 전극(202)은, 실시형태 2에 나타내는 백 게이트 전극(139)에 사용하는 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 제 1 전극(202)은, 스퍼터링법, CVD법, 진공 증착법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성한다.
제 1 전극(202)은, 10nm 내지 500nm, 바람직하게는, 50nm 내지 100nm의 두께로 형성한다. 또한, 제 1 전극(202)의 시트 저항은, 20Ω/sq. 내지 200Ω/sq. 정도가 되도록 형성한다.
또한, 본 실시형태에서는, 광이 기판(200)의 이면 측(도면의 아래 쪽)으로부터 입사하는 구성으로 하기 위하여, 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용하여 제 1 전극(202)을 형성하고 있지만, 이후 형성되는 제 2 전극(210) 측(도면의 위 쪽)으로부터 광이 입사하는 구성으로 하는 경우에는, 이것에 한정되지 않는다. 이러한 경우에는, 알루미늄, 백금, 금, 은, 구리, 티타늄, 탄탈, 텅스텐 등의 투광성을 갖지 않는 도전성 재료를 사용하여 제 1 전극(202)을 형성할 수 있다. 특히, 알루미늄, 은, 티타늄, 탄탈 등의 광을 반사하기 쉬운 재료를 사용하는 경우에는, 광전 변환 효율을 충분히 향상시키는 것이 가능하다.
기판(200)과 마찬가지로, 제 1 전극(202)을, 텍스처 구조로 하여도 좋다. 또한, 제 1 전극(202)에 접하도록, 저저항의 도전성 재료로 이루어진 보조 전극을 별도 형성하여도 좋다.
다음에, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(202) 위에 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)을 형성한다. 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)은 대표적으로는 도전형을 부여하는 불순물 원소가 첨가된 반도체 재료를 포함하는 반도체막을 사용하여 형성한다. 반도체 재료로서는, 생산성이나 가격 등의 점에서 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 반도체 재료로서 실리콘을 사용하는 경우, 도전형을 부여하는 불순물 원소로서는, n형을 부여하는 인, 비소, p형을 부여하는 붕소, 알루미늄 등이 채용된다.
또한, 본 실시형태에서는, 광이 기판(200)의 이면 측(도면의 아래 쪽)으로부터 입사하는 구성으로 하고 있기 때문에, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)의 도전형(제 1 도전형)은 p형으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 정공의 수명이 전자의 수명의 대략 절반으로 짧고, 결과적으로 정공의 확산 길이가 짧은 것, 전자와 정공의 형성이, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)의 광이 입사하는 쪽에 있어서 많이 행해지는 것 등에 의한 것이다. 이와 같이, 제 1 도전형을 p형으로 함으로써, 정공이 소멸하기 전에 전류로서 추출하는 것이 가능하기 때문에, 광전 변환 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상기 내용이 문제가 되지 않는 것과 같은 상황, 예를 들어, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)이 충분히 얇은 경우 등에 있어서는, 제 1 도전형을 n형으로 하여도 좋다.
제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)에 사용할 수 있는 반도체 재료로서는, 상술한 이외에도, 탄화실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인화인듐, 셀렌화아연, 질화갈륨, 실리콘게르마늄 등이 있다. 또한, 유기 재료를 포함하는 반도체 재료나 금속 산화물을 포함하는 반도체 재료 등을 사용할 수도 있다. 상기 재료에 대해서는, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)과의 관계를 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)의 결정성에 대한 요구는 특별히 없지만, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)에 실시형태 1에 나타내는 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 형성하는 것이 바람직하다.
제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)은, 최소 방전 개시 전압을 충족시키는 전극 간격 및 압력을 유지하는 반응실에, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체와, 수소와, 디보란(수소 희석 또는 실란 희석)을 원료 가스로서 공급한 후, 펄스 변조된 최소 방전 개시 전압을 전극에 인가하여 형성한다. 또한, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)은, 1nm 내지 100nm, 바람직하게는, 5nm 내지 50nm의 두께가 되도록 형성한다.
또한, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)을 기판(200)의 표면과 마찬가지로, 텍스처 구조로 하여도 좋다.
다음에, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204) 위에는, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)을 형성한다. 광전 변환을 행하는 반도체막(206)으로서는, 반도체막(204)과 같은 반도체 재료를 사용한 반도체막이 적용된다. 즉, 반도체 재료로서 실리콘, 탄화실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인화인듐, 셀렌화아연, 질화갈륨, 실리콘게르마늄 등이 사용된다. 그 중에서도, 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이외에 유기 재료를 포함하는 반도체 재료나 금속 산화물 반도체 재료 등을 사용할 수도 있다.
광전 변환을 행하는 반도체막(206)으로서는, 비정질 반도체막, 미결정 반도체막, 또는 결정성 반도체막을 적절히 사용하여 형성한다. 또한, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)으로서, 결정성을 높인 미결정 반도체막 또는 결정성 반도체막을 채용함으로써, 직렬 저항을 저감하고, 또 다른 막과의 계면에 있어서의 광학적·전기적 손실을 억제할 수 있다.
또한, 광전 변환을 행하는 반도체막(206)에는 충분한 광 흡수가 요구되기 때문에, 그 두께는 100nm 내지 10μm 정도로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 6d에 도시하는 바와 같이, 광전 변환을 행하는 반도체막(206) 위에 제 2 도전형을 나타내는 반도체막(208)을 형성한다. 본 실시형태에서는, 제 2 도전형을 n형으로 한다. 제 2 도전형을 나타내는 반도체막(208)은, 실시형태 1에 나타내는 저항률이 낮은 인을 갖는 비정질 반도체막을 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 도전형을 나타내는 반도체막(208)은, 제 1 도전형을 나타내는 반도체막(204)과 마찬가지로 형성할 수 있다. 예를 들어, 최소 방전 개시 전압을 충족시키는 전극 간격 및 압력을 유지하는 반응실에, 실리콘을 포함하는 퇴적성 기체와, 수소와, 포스핀(수소 희석 또는 실란 희석)을 원료 가스로 하여 공급한 후, 펄스 변조된 최소 방전 개시 전압을 전극에 인가하여 형성한다.
또한, 본 실시형태에서는, 광이 기판(200)의 이면 측(도면의 아래 쪽)으로부터 입사하는 구성으로 하기 때문에, 제 2 도전형을 나타내는 반도체막(208)의 도전형(제 2 도전형)을 n형으로 하지만, 개시하는 발명의 일 형태는 이것에 한정되지 않는다. 제 1 도전형을 n형으로 하는 경우에는, 제 2 도전형이 p형이 된다.
다음에, 도 6e에 도시하는 바와 같이, 제 2 도전형을 나타내는 반도체막(208) 위에 제 2 전극(210)을 형성한다. 제 2 전극(210)은, 금속 등의 도전성 재료를 사용하여 형성한다. 예를 들어, 알루미늄, 은, 티타늄, 탄탈 등의 광을 반사하기 쉬운 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 반도체막(206)에 있어서 흡수할 수 없는 광을 반도체막(206)에 다시 입사시킬 수 있고, 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 바람직하다.
제 2 전극(210)의 형성 방법으로서는, 스퍼터링법, 진공 증착법, CVD법, 도포법, 인쇄법 등이 있다. 또한, 제 2 전극(210)은, 10nm 내지 500nm, 바람직하게는 50nm 내지 100nm의 두께로 형성한다.
또한, 본 실시형태에서는, 광이 기판(200)의 이면 측(도면의 아래 쪽)으로부터 입사하는 구성으로 하기 때문에, 투광성을 갖지 않는 재료를 사용하여 제 2 전극 (210)을 형성하고 있지만, 제 2 전극(210)의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 2 전극(210) 측(도면의 위 쪽)으로부터 광이 입사하는 구성으로 하는 경우에는, 제 2 전극(210)은, 제 1 전극(202)에 나타내는 투광성을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
이때, 제 2 전극(210)에 접하도록, 저저항의 도전성 재료로 이루어지는 보조 전극을 형성하여도 좋다.
상술한 방법에 의하여 저항률이 낮은 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 제 1 도전형을 나타내는 반도체막 및 제 2 도전형을 나타내는 반도체막의 하나 이상에 사용한 광전 변환 장치를 제작할 수 있다. 그리고, 이로써, 광전 변환 장치의 변환 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 하나의 유닛 셀을 갖는 광전 변환 장치를 나타내지만, 적절히 2개 이상의 유닛 셀을 적층한 광전 변환 장치로 할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 명세서에 개시하는 반도체 장치는, 전자 페이퍼로서 적용할 수 있다. 전자 페이퍼는, 정보를 표시하는 것이라면 다양한 분야의 전자 기기에 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자 페이퍼를 사용하여 전자 서적(전자 북), 포스터, 전자 간판(Digital Signage), PID(Public Information Display), 전철 등의 탈 것류의 차내 광고, 신용 카드 등의 각종 카드에 있어서의 표시 등에 적용할 수 있다. 전자 기기의 일례를 도 7에 도시한다.
도 7은 전자 서적의 일례를 도시한다. 예를 들어, 전자 서적(2700)은 하우징(2701) 및 하우징(2703)의 2개의 하우징으로 구성된다. 하우징(2701) 및 하우징(2703)은 축(軸)부(2711)에 의하여 일체로 되어, 상기 축부(2711)를 축으로 하여 개폐(開閉) 동작을 행할 수 있다. 이러한 구성에 의하여 종이 서적과 같은 동작을 행할 수 있다.
하우징(2701)에는 표시부(2705) 및 광전 변환 장치(2706)가 내장되고, 하우징(2703)에는 표시부(2707) 및 광전 변환 장치(2708)가 내장된다. 표시부(2705) 및 표시부(2707)는 연속되는 화면을 표시하는 구성으로 하여도 좋고, 다른 화면을 표시하는 구성으로 하여도 좋다. 상이한 화면을 표시하는 구성으로 함으로써, 예를 들어, 오른쪽의 표시부(도 7에서는 표시부(2705))에 문장을 표시하고, 왼쪽의 표시부(도 7에서는 표시부(2707))에 화상을 표시할 수 있다.
또한, 도 7에서는, 하우징(2701)에 조작부 등을 구비한 예를 도시한다. 예를 들어, 하우징(2701)에 있어서, 전원 스위치(2721), 조작 키(2723), 스피커(2725) 등을 구비하고 있다. 조작 키(2723)에 의하여 페이지를 넘길 수 있다. 또한, 하우징의 표시부와 동일면에 키보드나 포인팅 디바이스 등을 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 하우징의 이면이나 측면에 외부 접속용 단자(이어폰 단자, USB 단자, 또는 AC 어댑터 및 USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속할 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 전자 서적(2700)은 전자 사전으로서의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 전자 서적(2700)은 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 무선에 의하여 전자 서적 서버로부터 원하는 서적 데이터 등을 구입하여, 다운로드하는 구성으로 할 수도 있다.
(실시형태 7)
본 명세서에 개시하는 반도체 장치는, 다양한 전자 기기(게임기도 포함한다)에 적용할 수 있다. 전자 기기로서는, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 한다), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 한다), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코(pachinko)기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
도 8a는 텔레비전 장치의 일례를 도시한다. 텔레비전 장치(9600)는 하우징(9601)에 표시부(9603)가 조합된다. 표시부(9603)에 의하여 영상을 표시할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(9605)에 의하여 하우징(9601)을 지지한 구성을 도시한다.
텔레비전 장치(9600)의 조작은 하우징(9601)이 구비하는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(9610)에 의하여 행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(9610)가 구비하는 조작 키(9609)에 의하여 채널이나 음량을 조작할 수 있어 표시부(9603)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(9610)에 상기 리모트 컨트롤러(9610)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(9607)를 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(9600)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍 방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 행할 수도 있다.
도 8b는 디지털 포토 프레임의 일례를 도시한다. 예를 들어, 디지털 포토 프레임(9700)은 케이스(9701)에 표시부(9703)가 조합된다. 표시부(9703)는 각종 화상을 표시할 수 있고, 예를 들어, 디지털 카메라 등을 사용하여 촬영한 화상 데이터를 표시시킴으로써, 보통의 포토 프레임과 마찬가지로 기능시킬 수 있다.
또한, 디지털 포토 프레임(9700)은, 조작부, 외부 접속용 단자(USB 단자, USB 케이블 등의 각종 케이블과 접속할 수 있는 단자 등), 기록 매체 삽입부 등을 구비하는 구성으로 한다. 이들의 구성은 표시부와 동일면에 내장되어도 좋지만, 측면이나 이면에 구비하면 디자인성이 향상되기 때문에 바람직하다. 예를 들어, 디지털 포토 프레임의 기록 매체 삽입부에 디지털 카메라를 사용하여 촬영한 화상 데이터를 기억한 메모리를 삽입하여 화상 데이터를 취득하여 취득한 화상 데이터를 표시부(9703)에 표시시킬 수 있다.
또한, 디지털 포토 프레임(9700)은, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 무선에 의하여 원하는 화상 데이터를 취득하여 표시시키는 구성으로 할 수도 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 반응실 내의 압력, 전극 간격, 및 방전 개시 전력으로부터 전극 간격 각각에 있어서의 최소 방전 개시 전력을 구(求)할 수 있고, 상기 최소 방전 개시 전력이 되는 조건에 있어서, 펄스 변조된 전력을 전극에 공급하여 형성한 불순물 반도체막의 저항률에 대하여 도 9a 내지 도 10을 사용하여 설명한다. 여기서는, 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막으로서 인을 갖는 비정질 실리콘막을 형성하였다.
우선, 각 전극 간격 및 압력에 의한 글로우 방전의 확인을 행하였다.
여기서는, 인을 갖는 비정질 실리콘막을 퇴적하는 조건을 사용하여 방전의 확인을 행하였다. 인을 갖는 비정질 실리콘막의 퇴적 조건은, 실란의 유량을 82sccm, 실란으로 희석된 5%의 포스핀의 유량을 18sccm, 수소의 유량을 1400sccm으로 하여 원료 가스를 도입하여, RF 전원 주파수를 13.56MHz, 상부 전극의 온도를 200℃, 하부 전극의 온도를 300℃로 하였다. 또한, 전극 간격의 거리를 7mm, 8mm, 10mm, 12mm, 15mm로 하고, 반응실 내의 압력을 450Pa, 750Pa, 1050Pa, 1350Pa, 1650Pa로 하여 각각의 조건으로 글로우 방전이 생기는 전력(방전 개시 전력)을 조사하였다.
각 전극 간격에 있어서의 압력 및 방전 개시 전력의 관계를 도 9a에 도시한다. 도 9a의 가로축은 압력, 세로축은 방전 개시 전력이고, 사각 마크는 전극 간격이 7mm, 동그라미 마크는 전극 간격이 8mm, 삼각 마크는 전극 간격이 10mm, 다이아몬드형의 마크는 전극 간격이 12mm, 가위 마크는 전극 간격이 15mm일 때의 각 압력에 있어서의 방전 개시 전력을 나타낸다. 여기서는, 고주파 전력을 전극에 공급하기 때문에, 세로축은 전력으로 나타내어진다.
도 9a에 도시하는 전극 간격, 압력, 및 방전 개시 전력의 관계에 대해서 도 9b에 도시한다. 도 9b의 가로축은 압력 및 전극 간격의 곱이고, 세로축은 방전 개시 전력의 제곱근이다. 또한, 전력의 제곱근은 대략 전압에 비례하기 때문에, 여기서는 세로축을 방전 개시 전력의 제곱근으로 나타낸다.
도 9a를 보면, 전극 간격이 8mm일 때, 반응실의 압력이 1350Pa이고, 최소 방전 개시 전력이 20W이다. 또한, 전극 간격이 10mm일 때, 반응실의 압력이 750Pa이고, 최소 방전 개시 전력이 15W이다. 즉, 압력이 450Pa 내지 1650Pa의 사이에서는, 전극 간격이 8mm 및 10mm일 때에 최소 방전 개시 전압을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 도 9b에 도시하는 곡선을 보면, 각 압력 및 전극 간격에 있어서 파센의 법칙을 충족시키는 것을 알 수 있다.
다음에, 전극 간격이 8mm일 때에 방전 개시 전력이 최소가 되는 압력 1350Pa와, 전극 간격이 10mm일 때에 방전 개시 전력이 최소가 되는 압력 750Pa 각각에 있어서, 펄스 변조된 전력 또는 연속 발진에 의한 전력을 전극에 공급하여 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 형성한 후, 각 시료에 있어서 저항률을 측정하였다. 여기서는, 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막으로서 인을 갖는 비정질 실리콘막을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
인을 갖는 비정질 실리콘막의 퇴적 조건은, 공통 조건으로서, 원료 가스를 실란의 유량을 82sccm, 실란으로 희석된 5%의 포스핀의 유량을 18sccm, 및 수소의 유량을 1400sccm으로 하여, RF 전원 주파수를 13.56MHz, 상부 전극의 온도가 200℃, 하부 전극의 온도가 300℃인 것을 공통 조건으로 하고, 또 조건 1 또는 조건 2를 사용하여 플라즈마 방전을 행하였다.
·조건 1
전극 간격의 거리: 8mm, 반응실의 압력: 1350Pa, 공급 전력: 20W
·조건 2
전극 간격의 거리: 10mm, 반응실의 압력: 750Pa, 공급 전력: 15W
각 조건에 있어서, 방전 조건을 이하에 기재하는 바와 같이 하여 인을 갖는 비정질 실리콘막을 퇴적시켰다.
·연속 발진(CW)에 의한 방전
·RF 전원 주파수의 온 상태 및 오프 상태의 주파수가 10kHz이고, 듀티비가 70%가 되는 펄스 변조에 의한 방전(온 시간이 70μ초, 오프 시간이 30μ초)
·RF 전원 주파수의 온 상태 및 오프 상태의 주파수가 10kHz이고, 듀티비가 50%가 되는 펄스 변조에 의한 방전(온 시간이 50μ초, 오프 시간이 50μ초)
·RF 전원 주파수의 온 상태 및 오프 상태의 주파수가 10kHz이고, 듀티비가 30%가 되는 펄스 변조에 의한 방전(온 시간이 30μ초, 오프 시간이 70μ초)
상술한 조건에 의하여 형성된 인을 갖는 비정질 실리콘막의 저항률을 도 10에 도시한다. 또한, 동그라미 마크는 조건 1을 나타내고, 삼각 마크는 조건 2를 나타낸다.
도 10을 보면, 연속 발진에 의한 방전을 사용하여 형성한 인을 갖는 비정질 실리콘막의 저항률과 비교하여 펄스 변조된 전력을 전극에 공급하여 글로우 방전이 생기도록 하여 형성한 인을 갖는 비정질 실리콘막의 저항률이 더 저감되는 것을 알 수 있다.
상기 설명에 따라, 방전 개시 전압이 최소가 되는 전극 간격 및 압력에 있어서, 펄스 변조된 전력을 전극에 공급한 글로우 방전에 의하여 불순물 원소를 갖는 비정질 반도체막을 형성함으로써, 저항률을 저감시킬 수 있다.
91: 곡선
101: 기판
103: 게이트 전극
105: 게이트 절연막
109: 미결정 반도체막
111: 반도체막
113: 불순물 반도체막
115: 마스크
117: 반도체 적층체
121: 불순물 반도체막
123: 플라즈마
127: 도전막
133: 반도체 적층체
137: 절연막
139: 백 게이트 전극
143: 반도체 적층체
200: 기판
202: 전극
204: 반도체막
206: 반도체막
208: 반도체막
210: 전극
111a: 미결정 반도체 영역
111b: 비정질 반도체 영역
111c: 반도체 결정립
117a: 미결정 반도체 영역
117b: 비정질 반도체 영역
129a: 배선
131a: 불순물 반도체막
133a: 미결정 반도체 영역
133b: 비정질 반도체 영역
143a: 미결정 반도체 영역
143b: 비정질 반도체 영역
2700: 전자 서적
2701: 하우징
2703: 하우징
2705: 표시부
2706: 광전 변환 장치
2707: 표시부
2708: 광전 변환 장치
2711: 축부
2721: 전원 스위치
2723: 조작 키
2725: 스피커
9600: 텔레비전 장치
9601: 하우징
9603: 표시부
9605: 스탠드
9607: 표시부
9609: 조작 키
9610: 리모트 컨트롤러
9700: 디지털 포토 프레임
9701: 하우징
9703: 표시부

Claims (15)

  1. 불순물 원소를 포함하는 비정질 반도체막을 형성하는 방법을 포함하고, 상기 방법으로서,
    실리콘을 포함하는 퇴적성 기체 및 불순물 원소를 포함하는 기체의 혼합 가스를 원료 가스로서 반응실 내에 도입하는 단계와;
    파센 곡선(Paschen Curve)에 있어서, 방전 개시 전압이 최소 방전 개시 전압이 되도록 상기 반응실의 압력 및 전극 간격을 설정하는 단계와;
    상기 방전 개시 전압을 펄스 변조함으로써 얻어지는 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가하는 단계를 포함하는, 반도체막의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 가스는 수소를 더 포함하는, 반도체막의 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 개시 전압은 1kHz 이상 12.5kHz 이하의 주파수로 펄스 변조된, 반도체막의 제작 방법.
  4. 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 기판과 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 위에 미결정 반도체막을 형성하는 단계와;
    상기 미결정 반도체막 위에 미결정 반도체 영역과 비정질 반도체 영역을 포함하는 반도체막을 형성하는 단계와;
    상기 반도체막 위에 불순물 원소를 포함하는 비정질 반도체막을 형성하는 단계로서,
    실리콘을 포함하는 퇴적성 기체 및 불순물 원소를 포함하는 기체의 혼합 가스를 원료 가스로서 반응실 내에 도입하는 단계와;
    파센 곡선에 있어서, 방전 개시 전압이 최소 방전 개시 전압이 되도록 상기 반응실의 압력 및 전극 간격을 설정하는 단계와;
    상기 방전 개시 전압을 펄스 변조함으로써 얻어지는 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 비정질 반도체막의 일부를 에칭함으로써 형성된, 상기 불순물 원소를 포함하는 섬 형상의 비정질 반도체막과, 상기 미결정 반도체막 및 상기 반도체막의 일부를 에칭함으로써 형성된 섬 형상의 제 1 반도체 적층체를 형성하는 단계와;
    상기 섬 형상의 비정질 반도체막 위에 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 배선을 형성하는 단계와;
    상기 섬 형상의 비정질 반도체막을 에칭함으로써 소스 영역 및 드레인 영역으로서 기능하는 상기 불순물 원소를 포함하는 한 쌍의 비정질 반도체막을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배선을 형성하기 전에 상기 섬 형상의 제 1 반도체 적층체의 측면을 플라즈마에 노출시켜 상기 섬 형상의 제 1 반도체 적층체의 상기 측면에 장벽 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 섬 형상의 제 1 반도체 적층체의 일부를 에칭함으로써, 미결정 반도체 영역과 한 쌍의 비정질 반도체 영역이 적층된 제 2 반도체 적층체를 형성하는 단계와;
    상기 배선, 상기 불순물 원소를 포함하는 한 쌍의 비정질 반도체막, 상기 제 2 반도체 적층체, 및 상기 게이트 절연막 위에 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 절연막 위에 백 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 상기 백 게이트 전극은 서로 평행인, 반도체 장치의 제작 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 전극과 상기 백 게이트 전극은 서로 접속되는, 반도체 장치의 제작 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 백 게이트 전극은 플로팅 상태인, 반도체 장치의 제작 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 원료 가스는 수소를 더 포함하는, 반도체 장치의 제작 방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 방전 개시 전압은 1kHz 이상 12.5kHz 이하의 주파수로 펄스 변조된, 반도체 장치의 제작 방법.
  12. 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 위에 제 1 도전형을 나타내는 제 1 반도체막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 반도체막 위에 광전 변환의 기능을 갖는 제 2 반도체막을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 반도체막 위에 제 2 도전형을 나타내는 제 3 반도체막을 형성하는 단계와;
    상기 제 3 반도체막 위에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 반도체막 및 상기 제 3 반도체막 중의 적어도 하나는 이하의 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성되는 비정질 반도체막을 포함하고,
    상기 방법은,
    실리콘을 포함하는 퇴적성 기체 및 불순물 원소를 포함하는 기체의 혼합 가스를 원료 가스로서 반응실 내에 도입하는 단계와;
    파센 곡선에 있어서, 방전 개시 전압이 최소 방전 개시 전압이 되도록 상기 반응실의 압력 및 전극 간격을 설정하는 단계와;
    상기 방전 개시 전압을 펄스 변조함으로써 얻어지는 펄스 변조된 방전 개시 전압을 전극에 인가하는 단계를 포함하는, 광전 변환 장치의 제작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 원료 가스는 수소를 더 포함하는, 광전 변환 장치의 제작 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 방전 개시 전압은 1kHz 이상 12.5kHz 이하의 주파수로 펄스 변조된, 광전 변환 장치의 제작 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 반도체막은 결정성 반도체를 포함하는, 광전 변환 장치의 제작 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7348227B1 (en) * 1995-03-23 2008-03-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012089708A (ja) * 2010-10-20 2012-05-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 微結晶シリコン膜の作製方法、半導体装置の作製方法
JP5912404B2 (ja) 2010-10-29 2016-04-27 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置
JP6102816B2 (ja) * 2014-03-31 2017-03-29 ブラザー工業株式会社 成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム
JP6107731B2 (ja) * 2014-03-31 2017-04-05 ブラザー工業株式会社 成膜装置
US10163974B2 (en) 2017-05-17 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of forming absorption enhancement structure for image sensor
US10438980B2 (en) * 2017-05-31 2019-10-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with a high absorption layer
CN111463295A (zh) * 2020-04-14 2020-07-28 华中科技大学 氧等离子体处理的硒氧化铋纳米片光电探测器及制备方法
WO2023167810A1 (en) * 2022-03-04 2023-09-07 Applied Materials, Inc. Silicon-containing layers with reduced hydrogen content and processes of making them

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56122123A (en) 1980-03-03 1981-09-25 Shunpei Yamazaki Semiamorphous semiconductor
US4504518A (en) * 1982-09-24 1985-03-12 Energy Conversion Devices, Inc. Method of making amorphous semiconductor alloys and devices using microwave energy
JPH04321273A (ja) 1991-04-19 1992-11-11 Fuji Xerox Co Ltd イメージセンサ
US5231048A (en) 1991-12-23 1993-07-27 United Solar Systems Corporation Microwave energized deposition process wherein the deposition is carried out at a pressure less than the pressure of the minimum point on the deposition system's paschen curve
US6183816B1 (en) * 1993-07-20 2001-02-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of fabricating the coating
JP3201576B2 (ja) * 1995-02-17 2001-08-20 シャープ株式会社 半導体薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたプラズマｃｖｄ装置
US5618758A (en) 1995-02-17 1997-04-08 Sharp Kabushiki Kaisha Method for forming a thin semiconductor film and a plasma CVD apparatus to be used in the method
US20020056415A1 (en) * 1999-01-29 2002-05-16 Sharp Kabushiki Kaisha Apparatus and method for production of solar cells
JP2000277439A (ja) 1999-03-25 2000-10-06 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 結晶質シリコン系薄膜のプラズマｃｖｄ方法およびシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
JP4700160B2 (ja) 2000-03-13 2011-06-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JP4118485B2 (ja) 2000-03-13 2008-07-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP3586197B2 (ja) * 2000-03-23 2004-11-10 シャープ株式会社 薄膜形成用プラズマ成膜装置
US7056416B2 (en) 2002-02-15 2006-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Atmospheric pressure plasma processing method and apparatus
KR100615015B1 (ko) * 2002-10-16 2006-08-25 샤프 가부시키가이샤 전자 디바이스, 그 제조방법 및 플라즈마처리장치
JP2004214336A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Tokyo Electron Ltd プラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置
JP4738724B2 (ja) * 2003-02-18 2011-08-03 日本碍子株式会社 薄膜の製造方法
US7492028B2 (en) 2005-02-18 2009-02-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and manufacturing method of the same, and a semiconductor device
TWI295855B (en) 2006-03-03 2008-04-11 Ind Tech Res Inst Double gate thin-film transistor and method for forming the same
JP2008004813A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Sharp Corp シリコン系薄膜光電変換素子の製造方法、製造装置およびシリコン系薄膜光電変換素子
JP2008004814A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Sharp Corp プラズマ処理装置
US20090183771A1 (en) 2006-06-23 2009-07-23 Hitoshi Sannomiya Plasma processing apparatus, plasma processing method and photoelectric conversion element
JP2008004815A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Sharp Corp プラズマ処理方法およびその方法を用いて製造された光電変換素子
JP5110888B2 (ja) * 2007-01-25 2012-12-26 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP5390230B2 (ja) * 2008-03-31 2014-01-15 日本碍子株式会社 シリコン系薄膜成膜装置及びその方法
JP2009252814A (ja) * 2008-04-02 2009-10-29 Seiko Epson Corp 半導体装置の製造方法及び半導体装置
KR101703511B1 (ko) * 2008-06-27 2017-02-07 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 박막 트랜지스터
US8283667B2 (en) 2008-09-05 2012-10-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Thin film transistor
CN102386236B (zh) 2008-10-24 2016-02-10 株式会社半导体能源研究所 半导体器件和用于制造该半导体器件的方法
JP5498762B2 (ja) 2008-11-17 2014-05-21 株式会社半導体エネルギー研究所 薄膜トランジスタの作製方法

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